FOR 2863 - Ultrabreitbandige Abtastung

In der drahtlosen Kommunikation werden analoge und digitale Signale verarbeitet und beeinflussen sich gegenseitig. Diese komplexen Wechselwirkungen müssen metrologisch möglichst genau abgebildet werden. Im THz-Frequenzbereich sind extrem hohe HF-Bandbreiten möglich, die mithin hohe Basisband-Bandbreiten zur Folge haben. Im Basisband werden analoge Signale mit Analog-Digital-Wandlern (ADC) in digitale Signale gewandelt. Im ADC wird dabei das Eingangssignal zunächst gesampelt und danach in diskrete Werte umgewandelt. Dabei wird die Genauigkeit eines ADCs vor allem durch den Sampler bestimmt.Die hohen Bandbreiten der analogen Basisbandsignale von THz-Systemen stellen extreme Anforderungen an die Sampler. Einerseits verschlechtert die begrenzte Bandbreite des Samplers die Genauigkeit des Abtastvorgangs. Eine weitere wichtige Ursache für Ungenauigkeiten bei der Abtastung ist die zeitliche Unsicherheit aufgrund von Taktjitter, der durch den Jitter von elektronischen Taktquellen dominiert wird. Eine geeignete Alternative zu elektronischen Taktquellen sind optische Clocks, insbesondere modengekoppelte Laser (MLL), mit denen sich ein wesentlich kleinerer Taktjitter als mit elektronischen Clocks erreichen lässt. Dies hat zur Entwicklung von photonischen ADCs mit MLL-basierten Clocks mit sehr geringem Jitter geführt. Derartige photonische ADCs verwenden diskrete optische Komponenten und sehr komplexe Laboraufbauten. In den letzten Jahren haben photonische Integrationstechnologien, wie die Siliziumphotonik und Indium-Phosphid-Technologie große Fortschritte gemacht. Diese Technologien ermöglichen die Realisierung von optischen Samplern als integrierte Schaltungen in ganz ähnlicher Weise wie dies bei elektronischen Samplern möglich ist. Dies ermöglicht mechanisch stabile, kompakte und kosteneffiziente photonische Sampler. Im Projekt von METERACOM werden die Gruppen der PIs Scheytt und Schneider verschiedene Varianten von ultra-breitbandigen elektronischen und photonischen Samplingtechniken mit Bandbreiten bis zu 40 GHz und deren Eignung für die Integration untersuchen. Drei Ziele stehen im Vordergrund: 1) Die theoretische und experimentelle Untersuchung verschiedener photonischer und elektronisch-photonischer Samplingtechniken für die Abtastung von THz-Signalen, 2) die erstmalige integrierte Implementierung einer neuartigen photonischen Samplingtechnik (frequency-time-coherent sampling) in Siliziumphotonik-Technologie, 3) die Modellierung und ein systematischer Vergleich elektronischer, elektronisch-photonischer und photonischer Samplingtechniken, sowie die Ermittlung der photonischen Samplingtechnik für THz-Signale, die am besten für integrierte Realisierungen geeignet ist. Die Untersuchungen werden mittels mathematischer Analysen, numerischer Modellierung und Simulation, sowie durch Messungen mit verschiedenen photonischen Samplern durchgeführt.

DFG-Verfahren Forschungsgruppen

Teilprojekt zu FOR 2863: Metrologie für die THz Kommunikation